直流电源五分钟指南

历史背景 直流电（DC）是通过电线或导体在一个方向上连续的电流。DC是由发电机（例如燃料电池或光伏电池）以及静电，闪电和电池产生的。按照惯例，电流从高电势流向低电势；例如，在电池中，从正极流向负极。 “潮流战争” 如果没有相当大的功率损耗，就无法实现DC传输。解决方案是产生AC功率，以较高的电压传输，并将其转换为所需的DC电压水平旋转转换器相对昂贵,需要定期维护。 早期20th世纪，电力系统被开发为孤立的网络，以满足本地需求。但是随着对电力和传输距离的需求的增长，必须提高电压才能保持效率，并且网络需要互连才能实现可靠性。 配电网络。AC胜出，如今所有公用事业公司都以交流电的形式发电，传输和输送电力。 但是，尽管AC完全适合当今的条件-实际上是20个th世纪- 21世纪的需要st世纪正在暴露其局限性。DC的问题 由于电动机和发电机设计的复杂性以及电压转换设备的可用性，DC系统受到了限制。特斯拉发明的感应电动机简化了大多数工业应用的机器设计。这导致了交流电（AC）在发电，输电以及在很大程度上利用 尽管大力反对采用交流电，但爱迪生无法克服其直流系统的缺点 电力电子技术已经解决了电压变换问题,随着数字技术的发展,需要直流电源的设备数量急剧增加。今天，这不是AC与DC的问题，而是AC和DC的问题。 尽管如此，直流仍继续用于变速电动机（例如，用于需要更好控制的城市铁路和轧机）以及电化学过程，例如电镀和电解。 直流应用 几个潜在的好处正在推动21世纪对DC电力输送系统的新兴趣st世纪。 嵌入式生成 数据中心 简化电源系统并减少数据中心内的转换损耗。 分布式发电系统经常产生DC电力(例如PV、风力涡轮机)。 开发基于DC的技术的大部分进展都发生在高压或低压水平。目前，它仅在已经建立设计标准的电力链： 微电网 电力电子 通过使多个供应源更易于连接和操作来增强微电网系统的集成、操作和性能。 越来越多的直流电子设备。 •涉及很长传输距离的大陆传输（EHV，超过200kV）•在建筑物内（LV：380V和ELV：USB，以太网供电和照明系统） 低成本电子设备已经取代了传统的照明光源，并实现了设备内感应电机的高效变速控制。 交通运输 未来的交通将主要是电动：混合动力，或跨个人和公共交通和商业车队的电池EV。 存储设备 由于设备的进步以及在电网边缘对更智能的能源系统的需求，微电网和建筑规模的纳米网格是一种新兴的应用。 诸如电池、飞轮和电容器的装置存储和输送DC电力。 照明 照明装置采用DC电源以实现具有较高性能的较小灯具的益处(例如,无闪烁调光)。 机遇与挑战 对于建筑物等已建立的市场,当技术和/或成本优势结合在一起时, DC网络将变得流行,并且变得足够引人注目,足以克服挑战。 DC市场 DC有意义的应用程序数量正在增加。本指南的以下页面提供了对这些应用程序的选择的见解。 爱迪生对具有直流发电，电力输送和最终用途负载的系统的最初愿景可能会实现-至少对于某些类型的安装而言。 However the market for DC distribution networks is not a single,cognizing market. Rather, it encours several disparate机会-电信塔，数据中心，并网商业建筑和离网军事网络-将响应特定的市场动态。 高压直流输电 尽管在爱迪生时代，直流电对于超过一英里的距离的传输是不切实际的，但今天的高压直流电（HVDC）可以在很长的距离内传输大量电力，并实现不兼容的电力网络的互连。 高压直流输电简而言之 HVDC提供对功率流的即时和精确控制。手动或自动控制通过链路确定所需的功率流。 HVDC链路实现了在不同频率上运行或不兼容的电力网络的安全和稳定的异步互连。它还提供对任一端的电压和频率变化的快速响应。 自20世纪50年代以来，高压直流输电已在世界范围内作为一种有效的手段 HVDC传输需要在每个末端处的换流站来形成用于传输线路的终端设备。在AC传输中,不需要这种转换。 HVDC传输对互连AC系统的短路电流没有贡献。因此,对现有的传输基础设施没有影响。 与HVAC相比, HVDC传输方案具有更少的环境和视觉影响,并且需要减少的通行权和更少的空间。 HVDC市场正在快速增长。新的创新应该提供选择，降低成本，并增加未来HVDC输电项目的可行性和商业确定性。 公路运输电气化 许多人认为公路运输电气化是一种潜在的改变游戏规则的技术，对个人出行和货物运输的未来成本和环境绩效产生重大影响。 电池电动汽车 自主车辆 电动汽车提供零尾气排放，并有可能为城市交通带来的空气质量挑战提供解决方案。 无人驾驶汽车解决了当今非自主电动汽车的实际局限性，包括旅客范围焦虑，使用充电基础设施和充电时间管理。 化学能存储在可再充电的电池组中,其将电输出作为DC输送。 这都是关于电池的 每辆电动汽车在其电池组中存储了数十千瓦时的能量，并且当配备有能够与电网链接的双向功率转换器时，每辆电动汽车最终将用作负载，电源或分布式能量存储可以支持电网。这将提高系统效率，低碳源的使用，稳定性以及电力输送的可靠性和安全性。 无线充电 直流快速充电 机会充电在白天提供助推器费用。 DC快速充电正在减轻对“范围焦虑”的恐惧。 无线充电已应用于实际生活环境和电动公交车的完全运行环境中，电动公交车的周期要求非常高，并且需要非常大的电池。 标准电动汽车使用车载充电器将壁式充电器中的交流电转换为存储在电池组中的直流电。 电池占电动汽车成本的三分之一。随着电池成本的持续下降，对电动汽车的需求将会上升。 快速充电站可以提供50％的充电，在30分钟内相当于约170英里的范围，充电速率高达400kW。车辆将配备直接直流连接器以利用这些站。 每年的需求 系统安全和集成 一个世纪前，由于电力电子技术的发展，使直流比交流更难以分配的技术挑战已经得到解决。现在，大多数装置都采用了电源安排的层次结构。在某些情况下，直流技术提供了简单，安全和降低成本的好处。 布线架构 随着建筑物中的电子传感器和致动器的数量增加，并且它们的成本降低，将它们连接到电源的成本正在成为总安装成本的重要比例，有时占主导地位。因此,存在降低安装在装置本地的布线系统和功率转换(整流器和电压转换)的成本的强烈经济动机。 安全 电与人类和牲畜的某些危险有关。但是，生理影响取决于接触方式，环境条件（例如水的存在）和电压水平。值得注意的是，AC和DC具有不同的影响。AC电流更可能引起心室纤颤，而DC更可能引起心搏停止。人们已经熟悉处理笔记本电脑和其他个人设备充电器（特别是USB），并且有机会扩展DC电源以在建筑物内进行本地分配：例如，地板和墙壁饰面中的照明轨道和裸露的小电源导体。在干燥条件下，DC导体被认为可以安全地接触60V，而AC电路的安全接触极限仅为25V。 改装 在英国市场已经进行了现场试验，将直流能源供应改造为房屋中的现有布线系统。该系统集成了具有节能照明和超低压直流电源插座的电池存储。 直流就地配电 根据应用背景和基线假设,来自直接DC的节省估计在2%至14%的范围内变化。 为本地直流设备供电有三种基本方法，其中两种涉及直流配电。许多建筑物在不同的地方包含两种甚至三种这样的架构。 设备的本地转换将AC电力分配到所有电气设备,其中在每个DC设备内部发生到DC的转换,并且不对建筑物布线进行改变或添加。 托管分发 通过添加同一根电缆上的电源或无线的通信，可以进行DC的受管配电通信电力和通信已经在至少三种标准技术中实现: USB、以太网和HDBaseT。 中央转换将AC - DC转换的位置移动到中央整流器，并将DC分配给最终使用设备。中央转换可以实现更大的技术性能和便利性，并可以降低待机瓦特通常,在每个设备处将有小的和有效的DC - DC最终转换步骤。 配电基础设施内的增强的功能特征可以提供比单独的DC电力更强的业务案例:需求响应、故障弹性网状布线、带电修改、拓扑发现、系统健康检查、分布式计量和自动配置电气保护对于设施管理者和建筑物占用者都具有实质性的价值益处。 直接直流架构能够将本地发电和本地存储整合到直流系统中。这些系统使电力能够根据需要从发电流向最终使用的存储，而无需转换为交流或从交流转换。根据应用环境和基线假设，直接直流的节省估计在2%到14%的范围内变化。 重塑建筑 DC电源适合重塑建筑物的更广泛议程。它通过以下方式为重塑建筑物中的能源提供了有希望的机会它在数据分析、通信、需求响应、可重构性和新颖的调试方法中的应用。这些特性结合在新的配电系统中不仅会产生运营效益，而且会减少对电工和其他熟练劳动力的需求，以适应需求的变化。如已经提到的,建筑物中的电负载的增加部分是天然DC,而建筑物中的负载的剩余部分的大部分可以以与AC相比相等或更高的效率容易地转换为DC。 所有图片：圆形建筑 案例研究：圆形建筑 圆形建筑是Arup，Frener＆Reifer，BAM和行业循环经济原则建筑中心的探索。 电气系统是模块化的低电压和离网，有利于未来的灵活性和易于维护。附近的所有安装都通过直接直流系统运行。外部电池柜容纳一个额定48V的AHI电池，容量为100Ah，足以自动运行几个小时。电池提供一系列的机械和电气负载，包括照明，小功率，风扇单元和控制。 未来的办公室工作场所 企业正在寻找办公空间的创意设计，以提高效率，灵活性和弹性。DC电源可以通过连接电源的新方式进一步和更快地推动边界，从而在工作空间发展中发挥关键作用。DC在工作空间中的使用正在增长，主要是在建筑物配电树的边缘，提供了一种合理，方便，安全，一致和经济的方式来连接办公室中的多个电气设备。 天空中心 关于桌子的一切 案例研究：关于办公桌的一切 “关于办公桌的一切”研究项目是Arup的一项举措，旨在改变我们的建筑项目 响应技术创新，特别是开放的，符合Web的传感，驱动和交互方法，从而改善最终用户体验并减少对环境的影响。 建筑物具有多个数据系统(IT、HVAC、照明、安全、消防、VT、AV),这些数据系统由于缺乏共同的结构良好的语言和协议而常常具有有限的互操作性。通过提供新的供电方法以及基于可扩展网络技术的开放控制方法,能够以较低成本集成简化的、可适应的系统。通过引入更开放的集成控件，可以最大程度地减少解决FM问题的时间等好处。 欲了解更多信息，请联系：